16路循环彩灯控制器

引言
数字电路是一门理论性强、工程应用广的专业基础课程。为了训练读者对数字电路及系统的理解,设计、调试的实际动手能力，特在数字电路课程中设置了课程设计这一重要的实践环节，以便在实践中掌握数字系统的设计方法。
彩灯控制器设计简介
利用移位寄存器和计数器等设计一彩灯控制电路，改变电路的不同工作状态，控制彩灯变幻出不同的闪烁效果。电路实用，也可以通过计算机仿真直观地看到循环彩灯的控制效果，综合运用所学数字电路知识，学会设计和调试方法，
从而产生浓厚兴趣。如果稍微改动控制电路，可以更加完善，完成基于移位寄存器的彩灯控制器设计。
在现代生活中，彩灯作为一种装饰，既可以增强人们的感观，起到广告宣传的作用，又可以增添节日气氛，为人们的生活增添亮丽，用在舞台上增强晚会灯光效果，利用控制电路可使彩灯（例如霓虹灯）按一定的规律不断的改变状态，不仅可以获得良好的观赏效果，而且可以省电（与全部彩灯始终全亮相比）。因此，彩灯控制电路应用越来越丰富我们的生活，成为我们生活不可缺少的一部分。本课题是利用四位双向移位寄存器为核心元件实现彩灯的循环控制。

一．设计要求及主要技术指标
要求：要求输出功率 >0.1W，电源电压为DC5V，利用按键控制彩灯循环显示。
二．实验任务、要求及提示
可以采用555、74HC163和74LS154作为控制器，LED作为彩灯制作十六路循环彩灯。
综合运用已学习过模拟电路和数字电路等知识，阅读相关集成电路芯片资料和相关文献，了解电子电路设计的有关知识，方法和特点，掌握基本的电子电路设计和芯片使用方法。

三．设计方案的选择和电路框图
一．脉冲的产生方案选择
1.555构成多谐振荡器
该电路由555定时器、74LS191计数器和74LS154译码器，74LS191计数器的时钟信号由555振荡电路提供，改变555的振荡频率，即可改变计数器的快慢，即可控制彩灯闪烁的快慢。计数器输出信号输人至74LS154译码器，由74LS154译码，根据计数输出不同的计数结果，即可控制74LS154译码器译码得到不同的输出信号，决定彩灯的循环变化。显然，不同的计数器与译码器电路，得到的是不同的彩灯循环控制结果。若译码器不变，在计数器的控制端输入不同的控制信号，进行不同的计数，则在输出端可见不同的彩灯循环输出。

五、各单元电路的设计、计算和说明
（一）555时序电路
在这次课程设计中，555定时器用来产生脉冲信号。因此把555定时器接成多谐震荡器。R2、R3、C1.C2为定时元件。

（二）74LS191计数部分
因为在试验中需要一个16进制的计数器，因此采用74LS191加减计数器。我们可以改变计数器的加减来控制LED亮灭的方向。置数端A、B、C、D分别置0。4脚接地11脚为异步置数控制端，高电平有效，接高电平。14脚接脉冲信号，同555定时器的OUT脚向接。通过单刀双掷开关来控制74LS191计数器的加减。

（三）74LS154译码电路与LED显示部分
74LS154为1—16线译码器，有16个输出端，实验中需要的就是十六输出的译码器。四个输入端分别同74LS191计数器的QA、QB、QC、QD相接。通过改变QA、QB、QC、QD与四个输入端的连接方式来控制LED，因为74LS154译码器输出端低电平有效，所以LED显示部分采用共阳极接法，负极分别接在74LS154的输出端上。
74LS138译码电路与LED显示部分的电路图如下;

六、整体电路图

七、所用元件及器材
1.芯片：NE555 ,1块；
2.74LS191,1块；
3.74LS154，1块；
4.二极管，1N4149，2个；
5.电阻：22kΩ，2个；
6.电容：0.01μF2个；
7.单刀双掷开关：2个
8.LED：红色，16个；
9.曝光板：一块。
10.导线若干。

八、芯片功能
1.NE555
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555,用 CMOS工艺制作的称为 7555,除单定时器外 ,还有对应的双定时器 556 /7556。 555定时器的电源电压范围宽 ,可在 4. 5V～16V工作 , 7555可在 3～18V工作 ,输出驱动电流约为 200mA ,因而其输出可与 TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
1）555的管脚图

（2）555定时器各个管脚的名称与功能如表

（3）555的应用
A.555定时器接成施密特触发器
B.555定时器接成单稳态触发器
C.555定时器接成多谐振荡器

产生的波形如下图：

二）74LS191
（1）74LS191 简介
74LS191是4位集成二进制同步可逆计数器。集成的4位二进制同步可逆计数器74LS191具有同步可逆计数功能、异步并行置数功能和保持功能。74LS191没有专用的清零输入端，可通过D0-D3异步并行置入数据0000来实现输出清零功能。
（2）74LS191应用
74LS191管脚示意图，

(三)74LS154
（1）74ls154功能简介:
54/74154为4 线－16 线译码器，当选通端（G1、G2）均为低电平时，将地址端（ABCD）的二进制编码在一个对应的输出端，以低电平译出。如果将G1和G2中的一个作为数据输入端，由ABCD对输出寻址，74LS154还可作1线-16线数据分配器。
（2）74LS154管脚图：

九．实验现象

十、课程设计的心得体会
在近一个星期的课程设计时间内，实在是令人感到忙碌，却又充实。而且在课程设计的期间，又是我们的考试复习阶段，所以我不得不在复习即将考试的科目的同时去查找自己所选项目的相关资料，根据设计要求去选用芯片构成电路。
终于在经过一段时间的学习和搜集资料，最后设计出来了这个课程设计所要求的内容，在做出来之后才觉得从中学会了，才明白了我们学的那些知道是如何的结合起来应用，还有软件仿真与硬件设计之间的差距到底在哪里。